高土壤電阻率環(huán)境下的輔助陽(yáng)極地床方式的選擇

徐友鵬 別 博 楊飛城 覃立帥

（1. 國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)廣東運(yùn)維中心廣東分公司，廣東 廣州 510710；2.長(zhǎng)園長(zhǎng)通新材料股份有限公司，廣東 深圳 518106）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，油氣管道遭受雜散電流干擾影響越來(lái)越嚴(yán)重，雜散電流干擾緩解與治理工作刻不容緩。新建強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站作為排流項(xiàng)目的主要防護(hù)手段，越來(lái)越多的被使用[1]。目前陰極保護(hù)站的輔助陽(yáng)極地床主要有兩種形式：深井陽(yáng)極地床、淺埋陽(yáng)極地床[2]。

在進(jìn)行陰保站的方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，土壤電阻率是選擇輔助陽(yáng)極地床方式的一項(xiàng)重要指標(biāo)，會(huì)直接影響到輔助陽(yáng)極地床的接地電阻[2]。在高土壤電阻率環(huán)境下的地床敷設(shè)方式的選擇尤為重要。

本文根據(jù)兩個(gè)高土壤電阻率環(huán)境下新建陰保站的工程案例，總結(jié)了兩種輔助陽(yáng)極地床方式在使用中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

1 案例一：高阻環(huán)境下的深井陽(yáng)極地床

地鐵直流干擾下的某條管道，為了應(yīng)對(duì)城市化發(fā)展帶來(lái)的更多雜散電流干擾，在受地鐵直流雜散電流干擾的嚴(yán)重管段新建陰保站進(jìn)行干擾緩解。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查和測(cè)試，該段管道最合適的新增排流措施的點(diǎn)位于某#閥室，該閥室位于半山腰，周邊土壤電阻率測(cè)試結(jié)果大于300Ω.m，且經(jīng)過(guò)深層土壤電阻率測(cè)試（如表1所示），隨著測(cè)試深度的增加，土壤電阻率數(shù)值呈上漲的趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)理論設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)探勘，輔助陽(yáng)極地床原設(shè)計(jì)方案為深井陽(yáng)極地床，擬打3口深井，單井深度為35m，各敷設(shè)6支MMO陽(yáng)極。

表1 土壤電阻率測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中，采取邊施工邊測(cè)試的原則，驗(yàn)收目標(biāo)值為陽(yáng)極地床接地電阻值小于4Ω。第一口井鉆井施工至32m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽(yáng)極后接地電阻值測(cè)試結(jié)果為20Ω，嚴(yán)重超出理論計(jì)算值9.14Ω。第二口井鉆井施工至30m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽(yáng)極后接地電阻測(cè)試結(jié)果為23Ω，與第一口井并聯(lián)測(cè)試結(jié)果為15.7Ω，依然嚴(yán)重超出理論計(jì)算值。第三口井鉆井施工至34m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽(yáng)極后接地電阻值測(cè)試結(jié)果為18Ω，將三口井并聯(lián)測(cè)試陽(yáng)極地床接地電阻值為11.6Ω，嚴(yán)重超出預(yù)期目標(biāo)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與理論計(jì)算，繼續(xù)新增4口深井陽(yáng)極地床，可將陽(yáng)極地床總接地電阻降低至4Ω以下。

第四口井鉆井施工至32m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽(yáng)極后接地電阻值測(cè)試結(jié)果為18Ω，陽(yáng)極地床總接地電阻9.8Ω；第五口井鉆井施工至33m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽(yáng)極后接地電阻值測(cè)試結(jié)果為16Ω，陽(yáng)極地床總接地電阻8.6Ω；第六口井鉆井施工至30m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽(yáng)極后接地電阻值測(cè)試結(jié)果為18Ω，陽(yáng)極地床總接地電阻7.6Ω；第七口井鉆井施工至28m深時(shí)到巖層，安裝6支MMO陽(yáng)極后接地電阻值測(cè)試結(jié)果為21Ω，陽(yáng)極地床總接地電阻7.2Ω。根據(jù)后四口井安裝對(duì)陽(yáng)極地床總接地電阻降低的效果趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)在增設(shè)第6口深井施工和第7口深井施工后，陽(yáng)極總接地電阻降低值不明顯，不足1Ω，繼續(xù)增設(shè)深井陽(yáng)極地床對(duì)整體陽(yáng)極接地電阻降低沒(méi)有明顯效果。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與評(píng)估，判定繼續(xù)增設(shè)深井陽(yáng)極地床的方案不合理，決定增設(shè)淺埋陽(yáng)極地床試驗(yàn)其有效性。在距離深井陽(yáng)極地床約100m的地方增設(shè)30支預(yù)包裝高硅鑄鐵陽(yáng)極，陽(yáng)極間距為3m，埋設(shè)深度為3m。淺埋陽(yáng)極地床施工完成后接地電阻測(cè)試結(jié)果為8.1Ω，與深井陽(yáng)極地床并聯(lián)后總接地電阻3.8Ω，滿足項(xiàng)目驗(yàn)收要求。陽(yáng)極地床接地電阻測(cè)試表如表2所示。

表2 陽(yáng)極地床接地電阻測(cè)試

2 案例2：高阻環(huán)境下的淺埋陽(yáng)極地床

在吸取案例1的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，第二次在高土壤電阻率環(huán)境下設(shè)計(jì)陰保站施工方案時(shí)，慣性思維認(rèn)定深井陽(yáng)極地床效果欠佳且施工成本高，優(yōu)先考慮淺埋陽(yáng)極地床的設(shè)計(jì)方案。

根據(jù)土壤電阻率測(cè)試結(jié)果（如表3所示），深層土壤電阻率高于1000Ω.m，且隨著深度增加土壤電阻率有增大的趨勢(shì)，輔助陽(yáng)極地床不適合采用深井陽(yáng)極地床，計(jì)劃采用淺埋陽(yáng)極地床模式進(jìn)行。

表3 土壤電阻率測(cè)量

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，輔助陽(yáng)極地床計(jì)劃采用45支預(yù)包裝高硅鑄鐵陽(yáng)極，水平敷設(shè)，陽(yáng)極地床距離管道最小距離大于50m，陽(yáng)極間距3m。50支高硅鑄鐵陽(yáng)極分為5組，每組10支，分別通過(guò)陽(yáng)極接線箱與陽(yáng)極主電纜相連，陽(yáng)極主電纜接入恒電位儀。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中，同樣采取邊施工邊測(cè)試的原則，驗(yàn)收目標(biāo)值為陽(yáng)極地床接地電阻值小于4Ω。

第一組預(yù)包裝高硅鑄鐵陽(yáng)極施工完成后陽(yáng)極接地電阻測(cè)試結(jié)果為88Ω，嚴(yán)重超出理論計(jì)算值。臨時(shí)增加降阻措施，將預(yù)包裝高硅鑄鐵陽(yáng)極敷設(shè)環(huán)境改變，用焦炭和降阻劑回填，充分澆水后陽(yáng)極地床接地電阻降低至35Ω。繼續(xù)按照同樣方式完成剩余4組淺埋陽(yáng)極地床安裝，陽(yáng)極地床接地電阻測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 陽(yáng)極地床接地電阻測(cè)試

通過(guò)陽(yáng)極地床接地電阻測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，同案例1一樣，后續(xù)增加的輔助陽(yáng)極地床對(duì)降低總陽(yáng)極地床接地電阻效果越來(lái)越差，與理論計(jì)算完全不一致。

結(jié)合案例1的施工經(jīng)驗(yàn)，嘗試采取深井陽(yáng)極+淺埋陽(yáng)極地床的綜合方案，在距離淺埋陽(yáng)極地床50m左右的地方增設(shè)一組深井陽(yáng)極地床，鉆井施工深度70m，安裝MMO陽(yáng)極12支，陽(yáng)極井接地電阻測(cè)試結(jié)果為5.8Ω，與淺埋陽(yáng)極地床并聯(lián)后總接地電阻測(cè)試結(jié)果為3.2Ω，滿足項(xiàng)目驗(yàn)收要求。

3 案例經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)施工案例，在高土壤電阻率環(huán)境下，輔助陽(yáng)極地床的接地電阻理論計(jì)算值與實(shí)際值相差甚遠(yuǎn)，不適合作為方案設(shè)計(jì)的依據(jù)。且根據(jù)土壤電阻率數(shù)值的不同，理論計(jì)算值與實(shí)際值之間的線性關(guān)系也不能確定，有待進(jìn)一步研究。

案例一設(shè)計(jì)初始階段優(yōu)先考慮深井陽(yáng)極施工方案的本意是慣性思維認(rèn)定深井陽(yáng)極施工的陽(yáng)極接地電阻效果優(yōu)于淺埋陽(yáng)極地床，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況驗(yàn)證，該結(jié)論并不成立。主要原因有二：（1）深井陽(yáng)極地床施工過(guò)程中鉆井深度平均值為30m，不是最優(yōu)值，MMO陽(yáng)極敷設(shè)環(huán)境不在最佳活性區(qū)；（2）受地理?xiàng)l件限制，7口深井陽(yáng)極地床之間間距為5m，不是最優(yōu)值，陽(yáng)極組間距不足造成降阻效果不明顯，與理論計(jì)算值偏差較大。

案例二設(shè)計(jì)初始階段錯(cuò)誤的借鑒了案例一的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，慣性思維認(rèn)定深層土壤電阻測(cè)試值越大越不適合深井陽(yáng)極施工，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況驗(yàn)證，最經(jīng)濟(jì)有效的設(shè)計(jì)方案是合理的深井陽(yáng)極施工+淺埋陽(yáng)極地床綜合形式。

4 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行淺埋陽(yáng)極地床施工時(shí)，若出現(xiàn)目標(biāo)作業(yè)坑深度土質(zhì)為巖層時(shí)，不適宜在巖層中安裝預(yù)包裝高硅鑄鐵陽(yáng)極，即使充分采用焦炭和填包料進(jìn)行回填，降阻效果亦不會(huì)理想，建議采用半深井方式或深井方式盡量將陽(yáng)極敷設(shè)至巖層以下。

不管是深井陽(yáng)極地床，亦或是淺埋陽(yáng)極地床，陽(yáng)極接地電阻受土壤電阻率影響會(huì)存在一個(gè)極限值，不會(huì)遵循理論計(jì)算結(jié)果隨著陽(yáng)極數(shù)量的增加而一直降低，要充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際確定最經(jīng)濟(jì)有效的驗(yàn)收目標(biāo)值，在能滿足管道陰極保護(hù)有效性的情況下，降本增效。